Taschenbuch Datenbanken

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Taschenbuch Datenbanken 1 Datenbanken: Grundlagen und Überblick 1.1 Dateien und Dateisysteme 1.2 Terminologie 1.3 Merkmale eines DBMS 1.3.1 Aufgaben eines DBMS 1.3.2 Vorteile des Datenbankeinsatzes 1.3.3 Nachteile von Datenbanksystemen 1.3.4 Produkte 1.4 Architektur eines Datenbanksystems 1.4.1 Architekturen 1.4.2 Schemaarchitektur 1.4.2.1 Datenbankschema 1.4.2.2 Drei-Ebenen-Architektur 1.4.3 Datenunabhängigkeit 1.5 Benutzerrollen bei Entwurf und Betrieb von Datenbanken 1.6 Datenbanken und Informationssysteme 1.7 Fachgebiet Datenbanken im Überblick 1.7.1 Themenbereiche und Zusammenhänge 1.7.2 Einordnung des Fachs innerhalb der Informatik 1.8 Historische Entwicklung 1.8.1 Frühzeit 1.8.2 Prärelationale DBMS 1.8.3 Durchbruch der relationalen Datenbanken 1.8.4 Neue Anwendungsfelder für Datenbanken 1.8.5 Neuzeit 1.9 Datenbanken in der Forschung 1.9.1 Fachverbände 1.9.2 Aktuelle Forschungstrends 2 Informationsmodellierung 2.1 Datenbankentwurf 2.1.1 Phasenmodell 2.1.2 Anforderungsanalyse 2.1.3 Konzeptioneller Entwurf 2.1.4 Logischer Entwurf 2.1.5 Datendefinition 2.1.6 Physischer Entwurf 2.1.7 Implementierung und Wartung 2.2 Grundlagen des Entity-Relationship-Modells (ERM) 2.2.1 Semantische Datenmodelle 2.2.2 Grundkonzepte des klassischen ERM 2.2.2.1 Konzepte auf der Instanzebene 2.2.2.2 Konzepte auf der Typebene 2.2.2.3 Rollenmodellierung 2.2.3 Kardinalitäten von Beziehungstypen 2.2.3.1 Kardinalitäten im klassischen ERM 2.2.3.2 Intervalle und Komplexitätsgrade 2.2.4 Existenzabhängigkeit vs. Optionalität 2.2.5 Rekursive und n-äre Beziehungstypen 2.2.5.1 Rekursive Beziehungstypen 2.2.5.2 N-äre Beziehungstypen 2.2.6 Attribute 2.2.7 Modellierungsbeispiel 2.3 Erweiterungen des ERM 2.3.1 Erweiterungen bei Attributen 2.3.2 Generalisierung und Spezialisierung 2.3.3 Aggregation 2.3.4 Modellierung zeitlicher Aspekte 3 Relationales Datenmodell 3.1 Konzepte und Grundbegriffe des relationalen Datenmodells 3.1.1 Relationen, Tupel, Attribute und Wertebereiche 3.1.2 Eigenschaften von Relationen 3.2 Integritätsbedingungen 3.2.1 Grundbegriffe 3.2.2 Entitätsintegrität 3.2.3 Referenzielle Integrität 3.2.3.1 Begriff 3.2.3.2 Regeln für Fremdschlüssel 3.2.3.3 Gewährleistung der referenziellen Integrität bei kritischen DML-Operationen 3.3 Abbildung des EERM auf das relationale Datenmodell 3.3.1 Problemstellung 3.3.2 Abbildungsregeln für Attribute und Entitytypen 3.3.3 Abbildungsregeln für Beziehungstypen 3.3.4 Abbildungsregeln für die Generalisierung 3.4 Optimierung von Relationen 3.4.1 Problemstellung 3.4.2 Anomalien bei DML-Operationen auf Relationen 3.4.3 Abhängigkeiten 3.4.3.1 Funktionale Abhängigkeiten 3.4.3.2 Mehrwertige Abhängigkeiten 3.4.4 Verbundtreue und Abhängigkeitstreue 3.4.5 Normalformenlehre 3.4.5.1 Erste Normalform (1NF) 3.4.5.2 Zweite Normalform (2NF) 3.4.5.3 Dritte Normalform (3NF) 3.4.5.4 Boyce-Codd-Normalform (BCNF) 3.4.5.5 Vierte Normalform (4NF) 3.4.5.6 Fünfte Normalform (5NF) 3.4.5.7 Denormalisierung 3.5 Operationen der Relationenalgebra 3.5.1 Einführung 3.5.2 Relationenorientierte Operationen 3.5.3 Mengenoperationen 3.5.4 Relationenalgebra und relationale Sprachen 3.5.5 Relationenkalkül 4 Die Datenbanksprache SQL 4.1 Grundkonzepte 4.2 Historie 4.3 Spezifikationsdokumente 4.4 Beispieldatenbank 4.5 Datenbankanfragen 4.5.1 Einführende Beispielanfragen 4.5.2 Grundgerüst von Anfragen 4.5.3 Anfragen mit Aggregatfunktionen 4.5.4 Anfragen mit Tabellenfunktionen 4.5.5 Anfragen mit Mengenoperationen 4.5.6 Anfragen mit Verbundoperationen 4.5.7 Verschachtelte Anfragen 4.5.8 Rekursive Anfragen 4.5.9 Anfragen mit sortierter Ausgabe 4.6 Datenmanipulation 4.6.1 Einfügen von Tabellenzeilen 4.6.2 Ändern von Tabellenzeilen 4.6.3 Löschen von Tabellenzeilen 4.6.4 Zusammenführen von Tabellenzeilen 4.7 Datendefinition 4.7.1 SQL-Datentypen 4.7.2 Erzeugen und Löschen von Schemata 4.7.3 Erzeugen, Ändern und Löschen von Tabellen 4.7.4 Erzeugen und Löschen von Domänen 4.7.5 Erzeugen und Löschen von Integritätsbedingungen 4.7.6 Erzeugen und Löschen von Sichten 4.7.7 Erzeugen und Löschen von Routinen 4.7.7.1 Prozedurale SQL-Konstrukte 4.7.7.2 Erzeugen von SQL-Routinen 4.7.7.3 Erzeugen von externen Routinen 4.7.7.4 Löschen von Routinen 4.7.8 Erzeugen und Löschen von Triggern 4.7.9 Erzeugen und Löschen von Sequenzgeneratoren 4.8 Transaktionssteuerung 4.8.1 Transaktionsanweisungen 4.8.2 Isolationsebenen 4.8.3 Überprüfung von Integritätsbedingungen 4.9 Zugriffskontrolle 4.9.1 Vergabe von Zugriffsrechten 4.9.2 Zurücknahme von Zugriffsrechten 4.9.3 Erzeugen und Löschen von Rollen 5 Datenbank-Anwendungsprogrammierung 5.1 Grundlagen der Datenbank-Anwendungsprogrammierung 5.1.1 Impedance Mismatch 5.1.2 Einbettungstechniken 5.1.3 Einbettungsarten 5.1.3.1 Statische Programmierspracheneinbettung 5.1.3.2 Dynamische Programmierspracheneinbettung 5.1.4 Architekturansätze 5.1.4.1 Fat-Client-Architektur 5.1.4.2 Thin-Client-Architektur 5.1.4.3 Thin-Client-Architektur mit Applikationsserver 5.2 Embedded SQL 5.2.1 Grundidee und Architektur 5.2.2 Syntax 5.2.3 Host-Variablen 5.2.4 Das Cursor-Konzept 5.2.5 Statische Einbettung 5.2.6 Dynamische Einbettung 5.2.7 Indikatorvariablen 5.2.8 SQLJ 5.3 Aufrufschnittstellen 5.3.1 Überblick 5.3.2 SQL/CLI 5.3.3 JDBC 5.3.3.1 Treibertypen 5.3.3.2 Verbindung aufbauen 5.3.3.3 Verbindung schließen 5.3.3.4 Transaktionen 5.3.3.5 Leseanweisungen – das ResultSet 5.3.3.6 Änderungen 5.3.3.7 Zugriff auf Metadaten 5.4 Relationale Datenbankprogrammiersprachen 5.4.1 Datenbankinterne Ansätze 5.4.1.1 SQL/PSM 5.4.1.2 Benutzerdefinierte Routinen 5.4.1.3 Trigger 5.4.2 4GL-Programmiersprachen 5.4.2.1 Überblick 5.4.2.2 Beispiel: ABAP 5.5 Objektrelationale Abbildung 5.5.1 Java Persistence API (JPA) 5.5.1.1 Schemaabbildung 5.5.1.2 Datenzugriff 5.5.1.3 Formulieren von Anfragen 5.5.2 JDO – Java Data Objects 5.5.3 Entity Beans 6 Datenbanken im Web 6.1 Grundlagen des Web 6.2 Eigenschaften von Webanwendungen 6.2.1 Anforderungen 6.2.2 Webseiten 6.2.3 Dynamische Webseiten 6.2.4 Adressierung 6.2.5 Kommunikation 6.3 Datenbankanbindung im Web 6.3.1 Architekturen 6.3.2 Programmierung 6.3.3 Überblick 6.4 Datenbankanbindung über Datenexport 6.5 Clientseitige Datenbankanbindung 6.5.1 Skripteinbettung 6.5.2 Programmeinbettung 6.5.3 Weitere Techniken 6.6 Serverseitige Datenbankanbindung 6.6.1 Webseitengeneratoren 6.6.2 Skripteinbettung 6.6.3 Programmeinbettung 6.6.4 Applikationsserver 6.6.5 Webservices 7 Komponenten eines Datenbankmanagementsystems 7.1 Architektur von DBMS 7.1.1 Schichtenmodell 7.1.2 Prozessarchitektur 7.2 Pufferverwaltung 7.2.1 Notwendigkeit und Aufgabe 7.2.2 Speicherzuteilung 7.2.3 Seitenersetzung 7.3 Speicher- und Zugriffssystem 7.3.1 Aufgabe 7.3.2 Seiten und Sätze 7.3.3 Adressierung von Sätzen 7.4 Anfrageprozessor 7.4.1 Basisoperatoren 7.4.1.1 Unäre Operatoren 7.4.1.2 Binäre Operatoren 7.4.2 Anfrageplanung und -optimierung 7.4.3 Kosten und Statistiken 7.5 Transaktionsverwaltung 7.5.1 Aufgabe 7.5.2 Serialisierbarkeit 7.5.3 Sperrverfahren 7.5.4 Nicht sperrende Verfahren 7.6 Recovery 7.6.1 Fehlerklassen 7.6.2 Recovery-Strategien 7.6.3 Logging 7.6.4 Wiederanlauf im Fehlerfall 7.6.5 Schattenspeicherverfahren 7.7 Datenbanktechniken für moderne Hardware-Architekturen 8 Dateiorganisation und Indexe 8.1 Organisation von Dateien 8.1.1 Formen der Dateiorganisation 8.1.2 Dateiorganisationsformen im Vergleich 8.1.2.1 Basisoperationen 8.1.2.2 Kosten 8.2 Zugriffsstrukturen 8.2.1 Grundlagen von Zugriffsverfahren 8.2.2 Eigenschaften von Indexen 8.3 Baumbasierte Verfahren 8.3.1 ISAM-Bäume 8.3.2 Balancierte Mehrwegbäume 8.3.3 Digitale Bäume 8.4 Hash-Verfahren 8.4.1 Prinzip des Hashing 8.4.2 Erweiterbares Hashing 8.4.3 Weitere Hash-Verfahren 8.5 Mehrdimensionale Zugriffsverfahren 8.5.1 Mehrdimensionale Baumverfahren 8.5.2 Grid-File 8.6 Clusterung und Partitionierung 8.6.1 Clusterung 8.6.2 Partitionierung 8.7 Umsetzung in SQL-Systemen 8.7.1 Definition von Tabellen 8.7.2 Definition von Indexen 9 Optimierung von Datenbanken und Leistungsbewertung 9.1 Motivation der Datenbankoptimierung 9.1.1 Kosten von Datenbankanfragen 9.1.2 Optimierungspotenzial 9.1.3 Zielbestimmung der Datenbankoptimierung 9.2 Phasen der Datenbankoptimierung 9.3 Phase 1.1 – Optimierung des Datenbankschemas 9.3.1 Konzeptuelles Schema 9.3.1.1 Attribute 9.3.1.2 Tabellen 9.3.1.3 Redundanz 9.3.2 Externes Schema 9.3.2.1 Sichten 9.3.2.2 Prozedurale SQL-Erweiterungen 9.3.3 Internes Schema 9.3.3.1 Materialisierte Sichten 9.3.3.2 Zugriffspfadstrukturen 9.4 Phase 1.2 – Anwendungsoptimierung 9.4.1 Optimierung von Unternehmensfunktionen 9.4.2 Optimierung der Anwendung 9.4.3 Optimierungen im Mehrbenutzerbetrieb 9.4.4 Formulierung von SQL-Anweisungen 9.5 Phase 2 – Hauptspeicheroptimierung 9.5.1 Gestaltung des Datenbankpuffers 9.5.1.1 Komponenten des Datenbankpuffers 9.5.1.2 Größe des Datenbankpuffers 9.5.1.3 Blockfüllgrad 9.5.2 Schreiben des Datenbankpuffers 9.5.2.1 Sicherungspunkt-Intervalle 9.5.2.2 Protokolldatei 9.5.3 Optimierer 9.5.3.1 Statistiken 9.5.3.2 Planhinweise (Hints) 9.6 Phase 3 – Optimierung der Sekundärspeicherzugriffe 9.6.1 Zusammenspiel mit dem Betriebssystem 9.6.2 Verteilung der Eingabe-/Ausgabelast 9.6.2.1 Verteilung der Daten- und Indexdateien 9.6.2.2 Verteilung der Daten 9.6.2.3 Verteilung der Protokolldatei 9.6.2.4 RAID-Level 9.6.3 Optimierung physischer Speicherstrukturen 9.6.3.1 Blockgröße 9.6.3.2 Cluster-Techniken 9.6.3.3 Kompressions-Techniken 9.6.3.4 Reorganisation 9.7 Leistungsbewertung 9.7.1 Transaction Processing Performance Council 9.7.2 Vergleichbarkeit der Benchmark-Ergebnisse 10 Objektrelationale Datenbanken 10.1 Objektorientierte Konzepte 10.1.1 Objekte 10.1.2 Methoden 10.1.3 Kapselung 10.1.4 Objektidentität 10.1.5 Klassen 10.1.6 Spezialisierung 10.2 Objektorientierung in Datenbanken 10.3 Objektrelationale Standard-SQL-Konzepte 10.3.1 Typkonstruktoren 10.3.2 Distinct-Typen 10.3.3 Strukturierte Typen 10.3.4 Methoden 10.3.5 Benutzerdefinierte Konstruktoren 10.3.6 Benutzerdefinierte Casts 10.3.7 Benutzerdefinierte Ordnungen 10.3.8 Typisierte Tabellen 10.3.9 Typisierte Sichten 10.4 Objektrelationale Anfragen 10.4.1 Anfragen auf Kollektionen 10.4.2 Anfragen mit Pfadausdrücken 10.4.3 Anfragen mit Methodenaufrufen 10.4.4 Anfragen auf flachen Tabellenextensionen 10.4.5 Typspezifische Anfragen 10.4.6 Anfragen mit temporärer Typanpassung 11 XML und Datenbanken 11.1 Überblick über XML 11.1.1 Der XML-Standard und verwandte Standards 11.1.2 XML Schema 11.2 Anfragesprachen für XML 11.2.1 Pfadausdrücke (XPath und XQuery) 11.2.2 XQuery 11.3 XML und relationale Datenbanksysteme 11.3.1 Relationale Speicherung von XML 11.3.2 SQL/XML 11.3.3 Realisierung in kommerziellen Systemen 11.4 Reine XML-Datenbanksysteme 12 NoSQL-Datenbanksysteme 12.1 Motivation und Grundbegriffe 12.2 Klassifikation 12.2.1 Key-Value-Datenbanksysteme 12.2.1.1 Datenmodell und Schema 12.2.1.2 Anfragen und Datenmanipulation 12.2.1.3 Einsatzbereiche und Systeme 12.2.2 Dokumentenorientierte Datenbanksysteme 12.2.2.1 Datenmodell und Schema 12.2.2.2 Anfragen und Datenmanipulation 12.2.2.3 Einsatzbereiche und Systeme 12.2.3 Column-Family-Datenbanksysteme 12.2.3.1 Datenmodell und Schema 12.2.3.2 Anfragen und Datenmanipulation 12.2.3.3 Einsatzbereiche und Systeme 12.2.4 Weitere NoSQL-Datenbanksysteme 12.3 Datenmodellierung 12.3.1 Generelle Aspekte der Datenmodellierung in NoSQL-Datenbanksystemen 12.3.2 Datenmodellierung für dokumentenorientierte Datenbanken 12.3.3 Datenmodellierung für Column-Family-Datenbanken 12.3.3.1 Eingebettete Speicherung in Column-Family-Daten-banksystemen 12.3.3.2 Spaltenfamilien 12.3.4 Datenmodellierung für Key-Value-Datenbanken 12.4 Anwendungsentwicklung mit NoSQL-Datenbanksystemen 12.4.1 MapReduce 12.4.1.1 MapReduce-Prinzip 12.4.1.2 MapReduce-Beispiel 12.4.1.3 MapReduce-Frameworks 12.4.1.4 MapReduce-Trends 12.4.2 Schema-Management 12.5 Skalierbarkeit, Verfügbarkeit und Konsistenz 12.6 Auswahl eines geeigneten Datenbanksystems 12.6.1 Kriterienkatalog 12.6.2 Performance 12.6.3 Polyglotte Persistenz 13 Verteilte und föderierte Datenbanksysteme 13.1 Überblick, Grundbegriffe, Abgrenzung 13.1.1 Verteilte vs. parallele Datenbanksysteme 13.1.2 Verteilte vs. föderierte Datenbanksysteme 13.2 Schemaarchitektur und Entwurf verteilter Datenbanksysteme 13.3 Fragmentierung 13.3.1 Horizontale Fragmentierung 13.3.2 Vertikale Fragmentierung 13.3.3 Kombinierte Fragmentierung 13.4 Verteilungstransparenz 13.4.1 Vorteile verteilter Datenbanksysteme 13.4.2 Transparenzeigenschaften verteilter Datenbanksysteme 13.5 Verteilte Anfrageverarbeitung 13.5.1 Datenlokalisierung 13.5.2 Globale Optimierung der Join-Auswertung 13.6 Transaktionsverwaltung in verteilten Datenbanksystemen 13.6.1 Koordination 13.6.2 Synchronisation 13.6.3 Deadlock-Behandung 13.6.4 Synchronisation bei Replikation 13.7 Föderierte Datenbanksysteme 13.7.1 Autonomie und Heterogenität 13.7.2 Architektur föderierter DBS 13.7.3 Integrationsprozess 13.7.4 Anfrageverarbeitung in föderierten DBS 13.7.5 Synchronisation in föderierten DBS 13.8 Cloud-Datenbanken 13.8.1 Cloud Data Management und Big Data 13.8.2 Das CAP-Theorem 13.8.3 Database as a Service (DBaaS) 13.8.4 Skalierbarkeit und Verfügbarkeit 13.9 Trends 14 Data Warehouse 14.1 Architektur 14.1.1 Datenquellen 14.1.2 Back-End-Bereich 14.1.2.1 Monitore 14.1.2.2 Extraktionskomponenten 14.1.2.3 Transformationskomponente 14.1.2.4 Ladekomponente 14.1.3 Datenbank 14.1.3.1 Data Warehouse 14.1.3.2 Data Marts 14.1.3.3 Archiv-Datenbank 14.1.4 Front-End-Werkzeuge 14.1.4.1 Berichts- und Anfragewerkzeuge 14.1.4.2 OLAP-Werkzeuge 14.1.4.3 Data-Mining-Werkzeuge 14.1.4.4 Sonstige Front-End-Werkzeuge 14.1.5 Sonstige Werkzeuge 14.1.5.1 DWS-Manager 14.1.5.2 Metadaten-Repository 14.2 Multidimensionale Datenmodelle 14.2.1 Statische Aspekte 14.2.2 Dynamische Aspekte 14.3 Speicherung und Schemagestaltung 14.3.1 Relationale Speicherung 14.3.2 Multidimensionale Speicherung 14.3.3 Spaltenorientierte Speicherung 14.4 Erweiterung relationaler Datenbanken 14.4.1 Materialisierte Sichten 14.4.2 Partitionierung 14.4.3 Bitmap-Index 14.4.4 SQL-Erweiterungen zum Einfügen 14.4.5 Komplexes Gruppieren 14.4.6 Star Query 14.4.7 Bulk Loader 15 Data Mining 15.1 KDD-Prozess 15.2 Clustering 15.2.1 Definition und Beispiele 15.2.2 Anforderungen und Probleme 15.2.3 Verfahren 15.2.3.1 Partitionierende Verfahren 15.2.3.2 Hierarchische Verfahren 15.2.3.3 Dichtebasierte Methoden 15.3 Assoziationsanalyse 15.3.1 Definition und Beispiel 15.3.2 Anforderungen und Probleme 15.3.3 Verfahren 15.4 Klassifikation 15.4.1 Definition und Beispiele 15.4.2 Anforderungen 15.4.3 Verfahren 15.4.3.1 Entscheidungsbaum-Klassifikatoren 15.4.3.2 Regelbasierte Klassifikatoren 15.4.3.3 Weitere Verfahren 15.5 Anomalieentdeckung 15.5.1 Definition und Beispiele 15.5.2 Anforderungen und Probleme 15.5.3 Verfahren 15.5.3.1 Grafische und statistikbasierte Verfahren 15.5.3.2 Distanzbasierte Ansätze 16 Multimedia-Datenbanken 16.1 Einführung 16.2 Mediendaten 16.3 Suche nach Mediendaten 16.3.1 Textsuche 16.3.2 Bildsuche 16.3.3 Audiosuche 16.3.4 Videosuche 16.4 Mediendatentypen 16.5 Einbettung in Datenbanksysteme 16.5.1 Schemastrukturen 16.5.2 Anfrageformulierung 16.6 Einsatz 17 Geodatenbanken 17.1 Geodaten 17.1.1 Eigenschaften von Geodaten 17.1.2 Metadaten 17.2 Datenschemata 17.2.1 Standardisierung 17.2.2 ISO 19107 Spatial Schema 17.2.3 ISO 19125 Simple Feature Access 17.2.3.1 Datenschema 17.2.3.2 Datenrepräsentationen 17.2.4 ISO/IEC 13249-3 SQL/MM Spatial 17.2.5 Räumliche Bezugssysteme 17.2.5.1 EPSG-Bezugssysteme 17.2.5.2 Lineare Bezugssysteme 17.3 Funktionen 17.3.1 Geometrische Funktionen 17.3.2 Topologische Prädikate 17.3.2.1 Boolesches Modell 17.3.2.2 Dimensionsmodell 17.4 Räumliche Anfragen 17.4.1 Räumliche Basisanfragen 17.4.1.1 Räumliche Selektion 17.4.1.2 Räumlicher Verbund 17.4.1.3 Nächste-Nachbarn-Anfrage 17.4.2 Mehrstufige Anfragebearbeitung 17.4.3 Approximationen 17.5 Räumliche Indexe 17.5.1 Grundtechniken 17.5.1.1 Clipping 17.5.1.2 Punkttransformationen 17.5.1.3 Raumfüllende Kurven 17.5.1.4 Überlappende Blockregionen 17.5.2 Quadtrees 17.5.3 R-Bäume 17.6 Geodatenbanksysteme Abkürzungsverzeichnis Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis